切削液通常是大多數(shù)機加工中不可缺少的生產(chǎn)要素之一育床，對保證加工精度披蛔、提高表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要作用疲籍。隨著全球環(huán)境意識的增強以及環(huán)保法規(guī)的要求越來越嚴格乌爪，切削液對環(huán)境的負面作用也越來越明顯。據(jù)統(tǒng)計谐浆，二十年前经褒，切削液的費用不到工件成本的3%左右，目前姿记，在高生產(chǎn)率的生產(chǎn)企業(yè)哈讯，切削液的供給、保養(yǎng)及回收處理費用加在一起要占到工件制造成本的13%-17%梧却，而刀具費用僅占2%-5%奇颠。在與切削液有關(guān)的總費用中，有22%左右是切削液的處理費用篮幢。據(jù)估計大刊，如果20%的切削加工采用干式切削加工，總的制造成本可降低1.6%三椿。對環(huán)境無污染的綠色制造被認為是可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代制造業(yè)模式缺菌。而在加工過程中不用任何切削液的干切削正是控制環(huán)境污染源頭的一項綠色制造工藝，它可獲得潔凈搜锰、無污染的切屑伴郁，省去了切削液及其處理等大量費用耿战，可進一步降低生產(chǎn)成本3。因此焊傅，未來切削加工的方向是不用或用盡量少的切削液剂陡。隨著耐高溫刀具材料和涂層技術(shù)的發(fā)展，使得干加工在機械制造領(lǐng)域變?yōu)榭赡芎ァ８汕邢?DryCutting)技術(shù)就是在這樣的歷史背景下應(yīng)運而生鸭栖，并從九十年代中期以來迅速發(fā)展起來的，其發(fā)展歷史至今不過十年粮按，是先進制造技術(shù)的一個前沿研究課題忽浓。

　　干切削技術(shù)

　　干式切削是一種在加工過程中不使用切削液的加工方法。干切削不是簡單地停止使用切削液已转，而是要在停止使用切削液的同時矮憔，保證高效率、高產(chǎn)品質(zhì)量渗送、高的刀具耐用度以及切削過程的可靠性遭绝，這就需要用性能優(yōu)良的干切削刀具、機床以及輔助設(shè)施替代傳統(tǒng)切削中切削液的作用泰四，來實現(xiàn)真正意義上的干切削零硫。首先，要了解切削液在傳統(tǒng)切削過程中的作用兔页，一般切削液有三個主要作用:1)冷卻作用版鳞，帶走切削產(chǎn)生的熱量，減少刀具磨損栓栋，防止工件表面氧化;2)潤滑作用，減小摩擦匣吊，降低切削力儒拂，保證切削順暢;3)排屑作用，迅速帶走工件表面的切屑色鸳，并防止切屑劃傷工件表面社痛。但從環(huán)境保護方面考慮，切削液的負面效應(yīng)也愈加明顯命雀，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:1)加工過程中產(chǎn)生的高溫使切削液形成霧狀揮發(fā)蒜哀，污染環(huán)境并威脅操作者的健康;2)某些切削液及粘帶該切削液的切屑必須作為有毒有害材料處理，處理費用非常高;3)切削液的滲漏吏砂、溢出對安全生產(chǎn)有很大影響;4)切削液的添加劑(如硫撵儿、氯等)會給操作者的健康造成危害并影響加工質(zhì)量。另外狐血，對切削過程的大量研究也表明了切削液傳統(tǒng)的冷卻淀歇、潤滑和排屑等作用在很多加工過程中尤其是高速切削中得不到充分而有效的發(fā)揮易核。因此，人們試圖不用或少用切削液來改變這種狀況浪默，以適應(yīng)清潔生產(chǎn)工藝和減小生產(chǎn)成本的要求牡直。干切削加工技術(shù)就是在這種情況下產(chǎn)生的一種先進加工方法。采用干切削技術(shù)不僅可以減少切削液的環(huán)境污染薛淆，改善操作者的工作條件甜芭，而且省去了切削液的相關(guān)費用，降低了切屑回收處理的成本凑篇。干切削技術(shù)對機床和刀具技術(shù)提出了更高的要求霸臂。近年來工業(yè)發(fā)達國家非常重視干式切削研究。干式切削加工這種新型加工方法是未來金屬切削加工的發(fā)展趨勢之一啥读。

　　干切削技術(shù)研究的現(xiàn)狀

　　干切削技術(shù)是為適應(yīng)全球日益高漲的環(huán)保要求和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略而發(fā)展起來的一項綠色切削加工技術(shù)誓梦。1995年干切削的科學(xué)意義被正式確立，1997年的國際生產(chǎn)工程研究會(CIRP)年會上然枫，德國Aachen工業(yè)大學(xué)的F.Klocke教授作了“干切削”的主題報告;1999年1月在美國國家科學(xué)基金“設(shè)計與制造學(xué)科”受資助者會議上夯饲，國際著名的刀具制造廠MAPAL公司的總裁B.P.Erdel博士也作了有關(guān)美國干切削發(fā)展的主題報告，干切削技術(shù)已經(jīng)在各國工業(yè)界和學(xué)術(shù)界引起廣泛的關(guān)注雾诈。目前包括歐洲撑雨、美國和日本等工業(yè)發(fā)達國家，非常重視干切削的研究陶店，干切削技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到了生產(chǎn)領(lǐng)域戴卜，這與這些國家的工業(yè)基礎(chǔ)雄厚和環(huán)保法規(guī)特別嚴格有一定的關(guān)系。其中德國企業(yè)尤為普遍琢岩，在大批量生產(chǎn)中投剥，已有10%-15%的加工采用干切削技術(shù)，并且取得了良好的經(jīng)濟效益担孔，世界許多知名的機床廠商在他們的產(chǎn)品目錄中都有干切削機床加工中心江锨。日本在干切削方面也進行了大量研究，最近他們已開發(fā)成功幾種不使用切削液的干式加工中心糕篇。在其中的一種機床上啄育，裝有液氮冷卻的干切削系統(tǒng)，從空氣中提取高純度氮氣拌消。在常溫下以5-6個大氣壓的壓力將液氮送往切削區(qū)挑豌，可順利實現(xiàn)干切削。

　　我國干切削技術(shù)的研究也已起步墩崩。成都工具研究所氓英、山東工業(yè)大學(xué)和清華大學(xué)等單位對超硬刀具材料(如陶瓷、立方氮化硼、金剛石等)及刀具涂層技術(shù)進行過系統(tǒng)的研究债蓝，并取得了不少的研究成果躯饿。我國陶瓷刀具目前已形成了一定的生產(chǎn)能力，這些都為干切削技術(shù)的研究與應(yīng)用提供了初步的技術(shù)基礎(chǔ)缚宜。北京機床研究所開發(fā)成功的KT系列加工中心能實現(xiàn)高速干切削犯弯。但總的來說，我國在干切削理論研究方面和國外還存在較大的差距型圈，在工業(yè)中的應(yīng)用規(guī)模更小意澡，有待于我們今后加快研究與推廣應(yīng)用。

　　干切削的刀具技術(shù)

　　干切削技術(shù)是一項龐大的系統(tǒng)工程喜拥，需要從刀具技術(shù)蒜丙、機床結(jié)構(gòu)和工藝過程等各方面采取一系列的措施。本文將重點介紹干切削的刀具技術(shù)抹欢。

　　設(shè)計干式切削刀具時溯童，不僅要選擇適用的刀具材料和采用的涂層，而且應(yīng)當綜合考慮刀具材料脉织、刀具涂層和刀具幾何形狀之間的相互兼顧和優(yōu)化求馋。不同的切削加工方式對刀具設(shè)計提出了不同要求，干式切削刀具必須滿足以下條件:1)刀具材料應(yīng)具有良好的耐熱性和耐磨性;2)切屑與刀具之間的摩擦系數(shù)應(yīng)盡可能小;3)刀具的槽型應(yīng)保證排屑流暢篙耗、易于散熱;4)刀具應(yīng)具有較高的強度和抗沖擊韌性迫筑。下面分別從刀具材料、涂層和幾何形狀三個方面討論宗弯。

　　近十幾年脯燃，高硬度材料的出現(xiàn)，為干式切削提供了可能蒙保。干切削不僅要求刀具材料具有極高的紅硬性和熱韌性辕棚，而且還必須有良好的耐磨性、耐熱沖擊和抗粘結(jié)性邓厕。目前應(yīng)用于干式切削加工的刀具材料主要是:超細硬質(zhì)合金坟募、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金剛石等超硬度材料邑狸。圖1列出了幾種刀具材料的硬度與溫度的關(guān)系。超細硬質(zhì)合金可以提高普通硬質(zhì)合金的韌性涤妒，具有很好的耐磨性和耐高溫性单雾，可制作大前角的深孔鉆頭和刀片，用于銑削和鉆削的干式加工她紫。陶瓷刀具(Al203,Si3N4乐慌、金屬陶瓷(Cennet)等材料的硬度在高溫下也很少降低，即具有很好的紅硬性泣幼，因此很適合于一般目的的干切削而無須冷卻液[1131飘含。但是這類材料一般較脆燃悍，即熱韌性不好，故不適用于進行斷續(xù)切削鼓笨。也就是說箭瘫，陶瓷刀具較適合用于進行干車削而不適用于干銑削。立方氮化硼(CBN)材料的硬度很高锰胀，達HV3200～HV4000猩吕，僅次于金剛石，熱傳導(dǎo)率好涣疑，達1300W/MK脸掘，具有良好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性，在1200℃下熱穩(wěn)定性很好诞嗦。采用CBN刀具加工鑄鐵纷臊，可大大提高切削速度，用于加工淬火鋼乌企，可以以車削代替磨削虑润。聚晶金剛石(PCD)刀具硬度非常高，可達HV7000～HV8000逛犹，熱導(dǎo)率可達2100W/MK端辱，線膨脹系數(shù)小。PCD刀具切削時產(chǎn)生的熱能可以很快從刀尖傳遞到刀體虽画，從而減少刀具熱變形引起的加工誤差舞蔽。PCD刀具比較適用于干式加工銅、鋁及鋁合金工件码撰。

　　采用涂層技術(shù)

　　對刀具進行涂層處理渗柿，是提高刀具性能的重要途徑。近十年來脖岛，刀具涂層技術(shù)發(fā)展非常迅速朵栖，涂層材料多達15種，有的刀具在刀體上的涂層多達13層柴梆。涂層工藝也越來越成熟陨溅，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已解決了涂層與基體材料結(jié)合強度低的技術(shù)難題沸根。涂層刀具分兩大類:一類是“硬”涂層刀具健十，如TiN,TIC和Al203等涂層刀具。這類刀具表面硬度高瘟百，耐磨性好织娶。其中TIC涂層刀具抗后刀面磨損的能力特別強，而TiN涂層刀具則有較高的抗“月牙洼”磨損能力。另一類是“軟”涂層刀具掐赠，如:MOS2,WS等涂層刀具淳篡。這類涂層刀具也稱為“自潤滑刀具”，它與工件材料的摩擦系數(shù)很低糯湃，只有0.01左右些援，能有效減少切削力和降低切削溫度。例如瑞士開發(fā)的“MOVIC”涂層絲錐缔寒，刀具表面涂覆有一層MOS2挪其。切削實驗表明:未涂層絲錐只能加工20個螺孔;用TiAlN涂層絲錐時可加工1000個螺孔，而MoS2涂層的絲錐可加工4000個螺孔感细。高速鋼和硬質(zhì)合金經(jīng)過PVD涂層處理后什猖，可以用于干切削。原來只適用于進行鑄鐵干切削的CBN刀具红淡，在經(jīng)過涂層處理后也可用來加工鋼不狮、鋁合金和其他超硬合金。

　　實際上在旱，涂層有類似于冷卻液的功能摇零，它產(chǎn)生一層保護層，把刀具與切削熱隔離開來桶蝎，使熱量很少傳到刀具驻仅，從而能在較長的時間內(nèi)保持刀尖的堅硬和鋒利。表面光滑的涂層還可以減少摩擦來降低切削熱登渣，保持刀具材料不受化學(xué)反應(yīng)的作用噪服，因為在大多數(shù)高速干切削中，高溫對化學(xué)反應(yīng)有很大的催化作用胜茧。TiAlN涂層和Mo2軟涂層還可交替涂覆粘优，形成一個多涂層刀具，既有硬度高呻顽、耐磨性好的特性去谈，又有摩擦系數(shù)小、切屑易流出的優(yōu)點喇纬，有優(yōu)良的替代冷卻液的功能费罚。在干切削技術(shù)中，刀具涂層發(fā)揮著非常重要的作用凯书。

　　刀具幾何形狀設(shè)計

　　干切削刀具通常以月牙洼磨損為主要失效原因含口，這是因為加工中沒有切削液，刀具和切屑接觸區(qū)域的溫度升高所致寥药。因此，通常應(yīng)使刀具有大的前角和刃傾角，但前角增大后颅蟹，刀刃強度會受影響噪蒲，此時應(yīng)配以適宜的負倒棱或前刀面加強單元，這樣使刀尖和刃口會有足夠體積的材料和較合理的方式承受切削熱和切削力令消，同時減輕了沖擊和月牙洼擴展對刀具的不利影響篙萧，使刀尖和刃口可在較長的切削時間里保持足夠的結(jié)構(gòu)強度。

　　還有一種熱管式刀具也可以獲得較理想的干切削效果陋住。它們的結(jié)構(gòu)與普通車刀基本相同漏设，所不同的是在刀桿體內(nèi)部制成了熱管。熱管內(nèi)的工作介質(zhì)一般為丙酮今妄、乙醇和蒸溜水三種郑口。熱管是一種高效的傳熱元件，它利用的是沸騰吸熱和冷凝放熱這兩個最強的傳熱機理盾鳞，熱管的熱導(dǎo)率是相當?shù)你y犬性、銅棒的幾百倍。熱管刀具是一種自冷卻刀具腾仅，故無需再從外部澆注切削液乒裆，尤其適合于在數(shù)控機床、加工中心和自動生產(chǎn)線上應(yīng)用推励。

　　干式加工與濕式加工相比鹤耍，不但提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本验辞，而且有利于環(huán)保稿黄，是一種理想的、清潔的金屬切削加工方法受神。干切削技術(shù)從出現(xiàn)到現(xiàn)在不到十年的歷史推讽，它是一種新興的綠色制造技術(shù)。二十一世紀的制造業(yè)對綠色環(huán)保的要求越來越高副呆，干切削技術(shù)作為一種綠色制造工藝對于節(jié)省資源路槐、保護環(huán)境和降低成本具有重要意義。隨著機床技術(shù)和各種超硬耐高溫刀具材料及其涂層技術(shù)的迅猛發(fā)展以及相關(guān)工藝研究的深人朋井，干切削技術(shù)必將在金屬切削領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用带悼。 

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